Wissenstest, Eigenschaften von Quantenobjekten

Die Eigenschaften von Quantenobjekten unterscheiden sich deutlich von denen makroskopischer Objekte. So bewegen sie sich z. B. nicht auf Bahnen. Ein Experiment kann durch eine Messung vollständig verändert werden. Der Test zeigt Ihnen, wie Ihr Grundverständnis für die Quantentheorie ausgeprägt ist.

Multiple-Choice-Test zum Thema "Physik - Eigenschaften von Quantenobjekten".

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WISSENSTEST

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Lernhelfer (Duden Learnattack GmbH): "Wissenstest, Eigenschaften von Quantenobjekten." In: Lernhelfer (Duden Learnattack GmbH). URL: http://www.lernhelfer.de/schuelerlexikon/physik-abitur/artikel/wissenstest-eigenschaften-von-quantenobjekten (Abgerufen: 01. July 2025, 10:23 UTC)

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Welcher-Weg-Messung im Photonen-Interferometer

Bei Interferenzexperimenten ist es unbestimmt, welchen der klassisch denkbaren Wege die Quantenobjekte gehen. So gehen sie beim Doppelspaltexperiment nicht durch genau einen der Spalte, beim Interferometer-Experiment gehen sie nicht auf einem der zwei klassisch denkbaren Wege. Dies ist allerdings nur der Fall, solange man nicht misst, welchen „Weg“ das Quantenobjekt nimmt. Eine solche Messung kann man beim Interferometer mit der Methode der Photonenverdopplung machen.

Elektronenbeugung

Elektronen sind Quantenobjekte. Es sind weder Teilchen noch Wellen. Vielmehr haben sie gleichzeitig etwas Welliges, etwas Körniges (Teilchenhaftes) und etwas Stochastisches. Schickt man Elektronen durch einen Doppelspalt oder durch ein Gitter hinreichend kleiner Spaltbreite und Gitterkonstanten, so zeigen sich ähnliche Interferenzen wie bei Licht.
Im Beitrag sind Auszüge aus der Originalveröffentlichung der Arbeit des deutschen Physikers CLAUS JÖNSSON angegeben, der die Elektronenbeugung 1960 erstmals auch am Doppelspalt zeigen konnte.

Interferenz und Unbestimmtheit bei makroskopischen Objekten

Die von WERNER HEISENBERG (1901-1976) gefundene Unbestimmtheitsrelation lautet:
$Δ x \cdot Δ p \geq \frac{h}{4 π}$
Sie wird üblicherweise nur auf Quantenobjekte angewendet, also auf Objekte mit sehr kleinen Abmessungen. Für größere Objekte kann man dagegen Ort und Impuls sehr genau angeben. Quanteneffekte sind bei solchen Objekten nicht beobachtbar. Das bedeutet allerdings nicht, dass für solche Objekte die Unbestimmtheitsrelation nicht zutrifft. Vielmehr ist die Unbestimmtheit bei makroskopischen Objekten so gering, dass man sie vernachlässigen kann.

Komplementarität und Komplementaritätsprinzip

Das von NIELS BOHR (1885-1962) in die Quantenphysik eingeführte Komplementaritätsprinzip kennzeichnete er selbst mit dem Satz: „Die Begriffe Teilchen und Welle ergänzen sich, indem sie sich widersprechen; sie sind komplementäre Bilder des Geschehens.“
Nach dem Komplementaritätsprinzip kann ein Interferenzmuster nur beobachtet werden, wenn die zu einem Versuchsergebnis beitragenden klassisch denkbaren Möglichkeiten nicht durch eine Messung unterscheidbar sind („Welcher-Weg“-Information). Unterscheidbarkeit erhält man z.B. dadurch, dass man Atome verwendet, die Photonen emittieren. Man hat dies in den neunziger Jahren des 20. Jahrhunderts in verschiedenen Varianten durchgeführt: Bei einem der Experimente wurden Atome an einer stehenden Lichtwelle wie an einem Gitter gebeugt. In einer anderen wurde mithilfe von zwei stehenden Lichtwellen ein Atom-Interferometer realisiert.

Quantenblumen

Die Quantentheorie sagt einige Messergebnisse voraus, die unvereinbar mit unseren Alltagsvorstellungen sind. Die zugehörigen Experimente konnten z. T. erst in den letzten Jahren durchgeführt werden. Sie bestätigen die absurd erscheinenden Vorhersagen der Quantentheorie eindrucksvoll. Um die Eigentümlichkeiten der Quantenwelt zu verdeutlichen, wird hier dargestellt, wie eine Blume wachsen würde, wenn sie sich entsprechend dem Komplementaritätsprinzip der Quantenphysik entwickeln würde. Wie jede Veranschaulichung hat auch diese ihre Grenzen. Dennoch kann die Analogie erstaunlich weit getrieben werden.

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